Simulação do comportamento dinâmico de um conjunto trator-colhedora de feijão

No Brasil, a colheita mecanizada do feijão é realizada em duas etapas, em que na primeira, o produto é arrancado e enleirado manualmente e, na segunda etapa, ele é colhido, trilhado e limpo, usando-se uma colhedora de feijão, geralmente puxada por um trator. O aprimoramento do projeto dessas máquinas tem sido realizado por tentativa e erro. Neste trabalho, apresenta-se um modelo de simulação para analisar o comportamento dinâmico de um conjunto trator-colhedora de feijão, desenvolvido usando-se o programa de computador ADAMS, versão 10.0. Este modelo incluiu a simulação do trator, interação entre solo e pneu, simulação do sistema de transmissão de potência e dos sistemas de trilha e limpeza da colhedora de feijão. Finalmente, foram realizadas análises do comportamento dinâmico do conjunto trator-colhedora de feijão, sob duas diferentes condições de simulação, a fim de validar o modelo desenvolvido. Os resultados obtidos na simulação foram comparados com os obtidos em testes experimentais realizados em condições de campo. Na melhor condição de simulação, observou-se erro relativo médio de 8,18%, 5,85%, 28,69% e 26,23%, para a velocidade de deslocamento, rotação da TDP, torque requerido na TDP e potência requerida na TDP, respectivamente. Em outra condição de simulação, o modelo simulou melhor a taxa de alimentação total, observando-se erro relativo médio de 4,99%.

Palavras-chave: ADAMS, colheita, modelagem

ABSTRACT: Bean crop is generally harvested in two steps in Brazil. In the first one the product is manually pulled out and in the second stage the product is picked-up, threshed and cleaned using a bean harvester. The harvesters are generally tractor pulled. The design optimization of these machines has been done by trial and error. In this paper, a simulation model is presented to analyze the dynamic performance of a tractor-harvester system for beans. A simulation model was developed using ADAMS version 10.0. The model includes tractor simulation and a soil/tyre interface, a power train and threshing and cleaning systems of the bean harvester. Finally, the dynamic performance of the tractor-harvester system for beans was evaluated using two modeling conditions. Comparing actual and simulated data, under the best conditions, the mean relative errors of 8.18, 5.85, 28.69 and 26.23%, respectively, for the forward speed, PTO rotational speed, PTO required torque and PTO required power were found. In another simulation condition, the mean relative error of 4.99% for the total feeding rate was observed.

Key words: ADAMS, harvest, modeling

O Brasil é considerado, grande produtor de feijão (Phaseolus vulgaris L.) tanto em produção como em área cultivada atingindo, na safra 2001/2002, segundo previsões da CONAB (Companhia Nacional de Abastecimento), 3,26 milhões de toneladas, com área plantada de 4,21 milhões de hectares (Brasil, 2002).

Durante seu cultivo e segundo Conto et al. (1980) a quase totalidade dos agricultores utiliza a prática de colheita manual, que consiste em arrancar as plantas inteiras quando elas se encontram quase despidas de folhas. As plantas arrancadas permanecem na lavoura para completar o processo de secagem e, em seguida, são transportadas para um terreiro, onde é feita a trilha, utilizando-se bateção manual ou mecânica ou, então, são enleiradas na própria lavoura, para recolhimento mecânico.

A colhedora de feijão que recolhe, trilha, separa e limpa os grãos de feijão, é acionada e puxada por um trator. Existem algumas indústrias produzindo este tipo de máquina, no Brasil. Essas máquinas são desenvolvidas por tentativa e erro, mas seu projeto pode ser aperfeiçoado utilizando-se alguma técnica de projeto auxiliado por computador, como a simulação de sistemas mecânicos. Com esta técnica, a máquina é dividida em vários corpos rígidos que são interligados por juntas apropriadas, sendo as equações de movimento obtidas e solucionadas numericamente.

O programa comercial utilizado na simulação de sistemas mecânicos, geralmente divide o problema nas fases de pré-processamento, análise e pós-processamento (Queiroz, 1995). Na fase de pré-processamento, o usuário define os corpos rígidos e suas propriedades, as forças externas aplicadas e a forma pela qual os corpos estão ligados e na fase de solução o usuário define o método e seus parâmetros e executa a análise. O programa gera, automaticamente, as equações de movimento e as soluciona. Na fase de pós-processamento, o usuário pode ver os resultados através da animação do movimento, da plotagem de dados ou da visualização de valores numéricos da simulação.

Desta forma, este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de usar a técnica de simulação de sistemas mecânicos para desenvolver um modelo de simulação de um conjunto trator-colhedora de feijão, utilizando o programa de computador ADAMS; analisar o comportamento dinâmico do conjunto trator-colhedora de feijão e validar o modelo de simulação do conjunto trator-colhedora de feijão desenvolvido com base em dados obtidos em testes experimentais desenvolvidos em condições de campo.